CN112839796B - 一种粘接测试设备及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种粘接测试设备，其配置用于确定存在于基底上的粘接和/或材料的强度，所述粘接测试设备包括：力测量模块，其用于对所述粘接和/或所述材料施加剪切力；以及位移模块和控制器，其被配置为用于控制力测量模块和位移模块之间的距离，从而可以设定剪切工具的剪切高度。

Description

一种粘接测试设备及其使用方法

半导体和电子组件中的电连接通常包括粘接，并且已知可以对粘接进行机械测试，以作为测量粘接品质的方法。一种这样的测试是在被已知为粘接测试仪的系统上进行的并且被已知为剪切测试，其中粘接测试仪的一部分(被已知为“剪切工具”)将粘接加载到特定负载或直到发生一些类型的失效。已知工具到粘接的位置对准精度非常重要，并且存在多种设计以获得可能的最佳精度。与空间的三个维度一致，该工具具有三种对准。本发明属于被已知为“剪切高度”或相关联的“后退高度”的一种对准。这种对准的精度是最重要的，并且通常限于已知技术所能达到的精度，因此有利的是改进该精度。本发明是改进当工具进行测试时工具的高度和后退(被已知为剪切高度)的精度的新设计。

发明内容

本公开的目的是提供一种粘接测试设备以及相应的方法，其能够精确地设定剪切工具的剪切高度。

在本公开的第一方面中，提供了一种粘接测试设备，其被配置用于确定存在于基底上的粘接和/或材料的强度，所述粘接测试设备包括：

1)力测量模块，其包括：

-剪切工具，其被配置用于对所述粘接和/或所述材料施加剪切力；

2)位移模块，其包括：

-可移动刚体，其优选地在使用中沿大致竖直方向移动；

-可移动构件，其被配置用于将所述力测量模块可移动地连接到所述位移模块，从而在所述刚体和所述力测量模块之间提供位移距离；

-位移传感器，其被配置用于测量所述位移距离；

3)控制器，其被配置用于：

-监视测量的所述位移距离；

-使所述刚体朝向所述基底移动，并且进而也使所述力测量模块朝向所述基底移动，直到所述剪切工具与所述基底接触而获得接触位移距离；

-控制所述位移构件以将所述力测量模块夹持到所述位移模块，使得所述基底和所述剪切工具之间的距离为所述接触位移距离；

-基于所述接触位移距离，优选地竖直移动所述刚体并且进而也优选地竖直移动所述力测量模块，以设定所述剪切工具的剪切高度。

优选地，所述力测量模块包括剪切传感器，所述剪切传感器连接至所述剪切工具并且被配置用于测量施加的所述剪切力。

在本公开的上下文中，位移构件可以以其作用为某种冲击吸收件的方式形成。这使得位移构件被配置成将位移模块连接到力测量模块，使得这些模块之间的距离保持恒定。然后，位移构件被配置成吸收冲击，即，剪切工具与基底接触。结果是力测量模块和位移模块之间的位移距离变小。

位移构件还被形成为使得其可被控制为使得位移模块与力测量模块之间的距离可控。因此，位移构件可以通过使用液压或气动原理或任何类似方法作为有源元件操作。

所述位移构件例如包括：

-活塞，其一端连接到所述力测量模块；

-在使用中可在竖直方向上扩展的腔室，其中所述活塞的另一端连接到所述腔室的可扩展部分；

-入口/出口，其用于将流体引入所述可扩展腔室中以及从所述可扩展腔室去除流体，以使所述可扩展腔室扩展和收缩，从而控制所述位移模块与所述力测量模块之间的所述位移距离。

附图说明

根据参照附图的以下说明，本发明的特征将显而易见，其中：

图1示出了在测试粘接之前处于对准位置的剪切工具和粘接的示意图。

图2示出了本发明及其所包括的部件的示意图。

图3a至图3d示出了本发明在实现精确的后退时的操作顺序的示意图。

具体实施方式

在图1的示意图中，电气(或半导体)部件1粘接到基底或基板2，这是要被测试的粘接。存在许多不同类型的“电气部件”，包括但不限于电气封装、硅芯片、铜导体和焊球。还存在许多不同类型的基底，包括但不限于FR4或陶瓷电路板和硅芯片。剪切工具3安装到主体4，主体4在大多数情况下是力测量系统。剪切工具3在距基底2后退距离D1处对准。然后，在维持距离D1的情况下，通过粘接测试仪使部件和剪切工具沿箭头5的方向接触。当工具与电气部件1碰撞时，粘接被测试，通常会记录来自传感器的力以及沿箭头5的方向的运动量和所花费的时间。粘接的品质由力测量值和粘接中的失效类型(被已知为“失效模式”)来表征。在已知技术中，后退距离D1的对准精度通常为±1μm。本发明可以实现该对准精度，以及实质上更小的对准精度。

图2示出了本发明及其包括的部件的示意图。剪切工具3和主体/传感器4刚性地安装到部件6，部件6又被刚性地安装到部件7，但是使得部件6在沿着线8的范围内相对于部件7自由移动。线8基本垂直于基底2的顶面。部件6与部件7的相对位置由被示出为部件9和部件10的位移传感器测量。使用传感器9、10测量部件6和7之间的沿着线8的相对距离的精度应为0.1μm至0.01μm的量级。在本发明的优选实施方式中，但不限于该优选实施方式，该位移传感器是具有光栅9和读取头10的线性编码器。可以通过一些方法将部件6牢固地夹持到部件7，同时部件6仍可以沿着线8移动，其中连续的夹持之间的沿着线8的亚微米重复性为至少0.1μm的量级。实现该目的的方法对本领域技术人员是已知的。在优选的实施方式中，夹持是通过经由端口11将压缩空气供应到活塞17，拉动活塞17然后将部件6夹持到部件7。

电气部件1及其基底2组合起来时被已知为“样品”，电气部件1及其基底2安装在可移动的“平台”12上，这样电气部件1及其基底2可以相对于工具3沿着轴线13移动。本领域技术人员已知平台是产生沿着轴线的精确的直线运动的部件，轴线在该情况下是轴线13。还可以存在垂直于图2平面的另一轴线，因此电气部件和其它类似部件可以移动到工具3的测试位置。平台12固定到主框架14。同样地，同样固定到框架14的平台15可以使部件7沿着轴线16移动。这些平台的组合可以使工具3相对于样品在许多不同的位置对准/定位。为了本发明的目的，平台15沿着轴线16的精度至少为0.1μm。为了本发明的目的，有利的是，工具3可以对准到后退距离D1并沿着轴线13移动到样品。图2是优选实施方式，但是本发明包括以不同的构造实现相同目的的替代方案，该构造例如但不限于将样品固定到框架14并通过将平台12固定到平台15而提供工具沿着轴线13的运动。

图3a至图3b示出了本发明在实现精确的后退时的操作顺序的示意图。操作顺序为：图3a、图3b、图3c、最后是工具处于所需的后退距离处的图3d。

在图3a中，工具3没有处于所需的后退高度D1，工具3和所有与本发明有关的其它部件一起处于静止状态。可以看出，部件6和部件7之间存在间隙L1。

在图3b中，平台15沿着线8的轴线驱动工具3以及将工具3连接到平台的部件，使得工具3与基底2碰撞。工具3与基底1之间的接触导致距离L1减小为L2。部件6和7之间产生的运动由传感器9、10检测。工具3和基底2之间的接触可以通过任何方法来检测，但是在优选实施方式中，通过传感器9、10来检测。在检测到工具3和基底2之间的接触时，传感器9、10记录其测量位置，也可以指示平台15停止。优选的是，检测工具和基底之间的接触以及移动的部件的质量和速度的检测方法被设计成不会损坏工具或基底。

在图3c中，通过沿着线8的轴线移动直到先前示出的L2减小到零，部件6被夹持到部件7。如先前在优选实施方式中所述，这将通过向端口11供应压缩空气以使活塞17提供夹持运动和夹持力来实现。部件6相对于部件7的运动由传感器9、10检测和记录。传感器9、10在图3b和图3c所示的步骤中的位置差将是现在将工具3和基底2分开的平行于线8的轴线的距离。

在图3d中，工具3由平台15驱动到所需的后退距离，平台15移动的距离为L2减去D1。在这些图示中，D1小于L2，因此工具已靠近基底移动。如果所要求的D1大于这些图示约定的L2，那么移动距离将是负的，这样工具就会远离基底移动。

Claims (8)

1.一种粘接测试设备，其被配置用于确定存在于基底上的粘接和/或材料的强度，所述粘接测试设备包括：

1)力测量模块，其包括：

-剪切工具，其被配置用于对所述粘接和/或所述材料施加剪切力；

2)位移模块，其包括：

-可移动刚体；

-可移动构件，其被配置用于将所述力测量模块可移动地连接到所述可移动刚体，从而在所述可移动刚体和所述力测量模块之间提供位移距离；

-位移传感器，其被配置用于测量所述位移距离；

3)控制器，其被配置用于：

-监视测量的所述位移距离；

-使所述可移动刚体朝向所述基底移动，并且进而也使所述力测量模块朝向所述基底移动，直到所述剪切工具与所述基底接触而获得接触位移距离；

-控制所述可移动构件以将所述力测量模块夹持到所述可移动刚体，使得所述基底和所述剪切工具之间的距离为所述接触位移距离；

-基于所述接触位移距离，移动所述可移动刚体并且进而也移动所述力测量模块，以设定所述剪切工具的剪切高度；

所述接触位移距离是指：当所述剪切工具与所述基底接触时，所述可移动构件与所述可移动刚体之间的距离。

2.根据权利要求1所述的粘接测试设备，其特征在于，所述力测量模块还包括剪切传感器，所述剪切传感器连接至所述剪切工具并且被配置用于测量施加的所述剪切力。

3.根据权利要求1或2所述的粘接测试设备，其特征在于，所述位移传感器包括具有光栅和读取头的线性编码器。

4.根据权利要求1或2所述的粘接测试设备，其特征在于，所述可移动构件包括：

-活塞，其一端连接到所述力测量模块；

-在使用中在竖直方向上可扩展的腔室，其中所述活塞的另一端连接到所述在竖直方向上可扩展的腔室的可扩展部分；

-入口/出口，其用于将流体引入所述在竖直方向上可扩展的腔室中以及从所述在竖直方向上可扩展的腔室去除流体，以使所述在竖直方向上可扩展的腔室扩展和收缩，从而控制所述位移模块与所述力测量模块之间的所述位移距离。

5.根据权利要求1或2所述的粘接测试设备，其特征在于，所述控制器被配置为通过监视测量的所述位移距离的减小来检测所述剪切工具与所述基底的接触。

6.使用根据前述权利要求中任一项所述的粘接测试设备确定存在于基底上的粘接和/或材料的强度的方法，其中，所述方法包括以下步骤：

-由所述控制器监视测量的所述位移距离；

-通过所述控制器使所述可移动刚体向下移动，进而也使所述力测量模块向下移动，直到所述剪切工具与所述基底接触，从而获得接触位移距离；

-通过所述控制器控制所述可移动构件，以将所述力测量模块夹持到所述可移动刚体，使得所述基底与所述剪切工具之间的距离为所述接触位移距离；

-基于所述接触位移距离，通过所述控制器使所述可移动刚体移动，进而也使所述力测量模块移动，以设定所述剪切工具的剪切高度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述可移动构件包括：

-活塞，其一端连接到所述力测量模块；

-在使用中在竖直方向上可扩展的腔室，其中所述活塞的另一端连接到所述在竖直方向上可扩展的腔室的可扩展部分；

-入口/出口，其用于将流体引入所述在竖直方向上可扩展的腔室中以及从所述在竖直方向上可扩展的腔室去除流体，以使所述在竖直方向上可扩展的腔室扩展和收缩，从而控制所述位移模块与所述力测量模块之间的所述位移距离；

控制所述可移动构件的所述步骤包括：

-将所述流体引入所述在竖直方向上可扩展的腔室或从所述在竖直方向上可扩展的腔室去除所述流体。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，使所述可移动刚体向下移动的所述步骤包括：

-通过监视测量的所述位移距离的减小来检测所述剪切工具与所述基底的接触。

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